Čo je elektrické pole? Definícia, vzorec, príklad

sakkmesterke / Getty Images

Keď sa balón otrie o sveter, balón sa nabije. Kvôli tomuto náboju sa balónik môže prilepiť na steny, ale keď ho umiestnite vedľa iného balóna, ktorý bol tiež trený, prvý balón poletí opačným smerom.

Kľúčové poznatky: Elektrické pole

• Elektrický náboj je vlastnosť hmoty, ktorá spôsobuje, že sa dva objekty priťahujú alebo odpudzujú v závislosti od ich náboja (kladného alebo záporného).
• Elektrické pole je oblasť priestoru okolo elektricky nabitej častice alebo objektu, v ktorej by elektrický náboj pociťoval silu.
• Elektrické pole je vektorová veličina a možno ju vizualizovať ako šípky smerujúce k nábojom alebo od nich. Čiary sú definované ako smerové radiálne smerom von , ďaleko od kladného náboja, príp radiálne dovnútra smerom k zápornému náboju.

Tento jav je výsledkom vlastnosti hmoty nazývanej elektrický náboj. Elektrické náboje vytvárajú elektrické polia: oblasti priestoru okolo elektricky nabitých častíc alebo predmetov, v ktorých by iné elektricky nabité častice alebo predmety cítili silu.

Definícia elektrického náboja

Elektrický náboj, ktorý môže byť kladný alebo záporný, je vlastnosťou hmoty, ktorá spôsobuje, že sa dva objekty priťahujú alebo odpudzujú. Ak sú predmety opačne nabité (pozitívne-negatívne), budú sa priťahovať; ak sú podobne nabité (pozitívne-pozitívne alebo negatívne-negatívne), budú sa odpudzovať.

Jednotkou elektrického náboja je coulomb, ktorý je definovaný ako množstvo elektriny, ktorá je prenesená do elektrický prúd 1 ampér za 1 sekundu.

Atómy , ktoré sú základnými jednotkami záležitosť , sú vyrobené z troch typov častíc: elektróny , neutróny , a protóny . Samotné elektróny a protóny sú elektricky nabité a majú záporný a kladný náboj. Neutrón nie je elektricky nabitý.

Mnohé predmety sú elektricky neutrálne a majú celkový čistý náboj nula. Ak existuje nadbytok elektrónov alebo protónov, čím sa získa čistý náboj, ktorý nie je nulový, objekty sa považujú za nabité.

Jedným zo spôsobov, ako kvantifikovať elektrický náboj, je použiť konštantu e = 1,602 *10^-19coulombs. Elektrón, ktorý je najmenší množstvo záporného elektrického náboja, má náboj -1,602 *10^-19coulombs. Protón, čo je najmenšie množstvo kladného elektrického náboja, má náboj +1,602 *10^-19coulombs. Teda 10 elektrónov by malo náboj -10 e a 10 protónov by malo náboj +10 e.

Coulombov zákon

Elektrické náboje sa navzájom priťahujú alebo odpudzujú, pretože pôsobia sily na seba. Sila medzi dvoma elektrickými bodovými nábojmi – idealizovanými nábojmi, ktoré sú sústredené v jednom bode v priestore – je opísaná Coulombov zákon . Coulombov zákon hovorí, že sila alebo veľkosť sily medzi dvoma bodovými nábojmi je úmerné veľkostiam nábojov a nepriamo úmerné na vzdialenosť medzi dvoma nábojmi.

Matematicky je to dané takto:

F = (k|q₁q_dva|)/r^dva

kde q₁je náboj prvého bodového náboja, q_dvaje náboj druhého bodového náboja, k = 8,988 * 10⁹Nm^dva/C^dvaje Coulombova konštanta a r je vzdialenosť medzi dvoma bodovými nábojmi.

Hoci technicky neexistujú žiadne skutočné bodové náboje, elektróny, protóny a iné častice sú také malé, že môžu byť približné bodovým poplatkom.

Vzorec elektrického poľa

Elektrický náboj vytvára elektrické pole, čo je oblasť priestoru okolo elektricky nabitej častice alebo objektu, v ktorom by elektrický náboj pociťoval silu. Elektrické pole existuje vo všetkých bodoch v priestore a možno ho pozorovať privedením ďalšieho náboja do elektrického poľa. Elektrické pole sa však na praktické účely dá aproximovať ako nula, ak sú náboje od seba dostatočne vzdialené.

Elektrické polia sú a vektorové množstvo a možno ich vizualizovať ako šípky smerujúce k nábojom alebo od nich. Čiary sú definované ako smerové radiálne smerom von , ďaleko od kladného náboja, príp radiálne dovnútra smerom k zápornému náboju.

Veľkosť elektrického poľa je daná vzorcom E = F/q, kde E je sila elektrického poľa, F je elektrická sila a q je testovací náboj, ktorý sa používa na precítenie elektrického poľa.

Príklad: Elektrické pole 2 bodových nábojov

Pre dva bodové poplatky je F dané vyššie uvedeným Coulombovým zákonom.

• Takže F = (k|q₁q_dva|)/r^dva, kde q_dvaje definovaný ako skúšobný náboj ktorý sa používa na vnímanie elektrického poľa.
• Potom použijeme vzorec elektrického poľa na získanie E = F/q_dva, keďže q_dvabol definovaný ako skúšobný náboj.
• Po dosadení za F E = (k|q₁|)/r^dva.

Zdroje

• Fitzpatrick, Richard. Elektrické polia . Texaská univerzita v Austine , 2007.
• Lewandowski, Heather a Chuck Rogers. Elektrické polia. University of Colorado v Boulderi , 2008.
• Richmond, Michael. Elektrický náboj a Coulombov zákon . Rochesterský technologický inštitút.